基于重载作用下沥青路面力学响应分析

上官宇浩+王钰洁+卞超凡+顾晨耀+沈钱超

摘 要： 为了进行重载作用下水泥稳定碎石基层及沥青稳定碎石基层沥青路面的力学响应分析，本文通过改变基层厚度，采用沥青路面结构受力状态计算软件Bisar3.0对2种基层类型的沥青路面结构计算，得出沥青路面的面层顶部、面层底部的最大剪应力、最大拉应力，进而得出重载作用下2种基层类型的沥青路面结构面层顶部、面层底部的最大剪应力、最大拉应力在基层厚度发生变化的情况下产生的变化趋势。

关键词： 重载；面层；水泥稳定碎石；沥青稳定碎石；Bisar3.0

0 引言

半刚性基层因为其荷载分布能力强，刚度大等特点被广泛采用，我国90%以上的高等级公路基层和底基层均采用了这种材料[1-2]。柔性基层沥青路面的基层采用级配碎石或沥青稳定碎石，在我国多个地区同样有着广泛使用[3]。车辆超载问题在我国非常严重，由于车辆超载对于沥青路面的损害是非常普遍的。我国在沥青路面结构受力状态计算软件对重载作用下半刚性基层沥青路面及柔性基层沥青路面的力学响应分析是很少的，本文运用沥青路面结构受力状态计算软件Bisar3.0对水泥稳定碎石基层沥青路面和沥青稳定碎石基层沥青路面进行力学响应分析。

1 路面结构和材料参数

本文的沥青路面结构上面层采用的材料为AC-13沥青混凝土，中面层采用AC-20沥青混凝，下面层采用AC-25沥青混凝土，路面底基层采用水泥稳定碎石。基层分别采用了水泥稳定碎石和沥青稳定碎石。

本文沥青混合料的动态压缩模量，无机结合料稳定类材料的模量，泊松比的数值。见表1。

2模型的建立

基于弹性层状体系理论，假设层间连续。基于重载交通的考虑，轴载取单轴双轮130KN，与之对应当量圆的半径是11.45cm。X坐标长度为17.18cm（双圆中心距），Y坐标长度为0.00cm。

分别计算水泥稳定碎石与沥青稳定碎石基层在不同厚度情况下面层顶部、面层底部的最大剪应力、最大拉应力，并对以上数据进行分析。

3 计算结果及分析

3.1面层顶部

（1）拉应力分析

通过软件计算，基层为半刚性和柔性的沥青路面面层顶部的最大拉应力见表2。

由表2中的计算数据可得图1走势图，从右向左分析：以水泥稳定碎石为基层的路面，随着其基层厚度的不断减小，在给定荷载作用下，其面层顶部的最大压应力在所研究的范围内呈现增大趋势；以沥青稳定碎石为基层的路面，随着基层厚度的减小，在给定荷载作用下，其面层顶部的最大压应力在研究范围内呈现增大趋势。

（2）剪应力分析

经计算，基层为半刚性和柔性的沥青路面面层顶部的最大剪应力见表3。

由计算数据可以得到图2趋势图，从右向左看：以水泥稳定碎石为基层的路面，如果其基层厚度的不断减小，在给定荷载作用下，其面层顶部的最大剪应力在所研究的范围内呈现减小趋势；以沥青稳定碎石为基层的路面，随着基层厚度的减小，在给定荷载作用下，其面层顶部的最大减应力在研究范围内是同样是呈现减小趋势。

3.2面层底部

（1）拉应力分析

经计算，基层为半刚性和柔性的沥青路面面层底部的最大拉应力见表4。

根据数据得到图3，图3从右向左分析：以瀝青稳定碎石为基层的路面，在给定荷载作用下，随着基层厚度的减小，其面层底部的最大压应力在研究范围内同样是呈现增大趋势；以水泥稳定碎石为基层的路面，在给定荷载作用下，随着其基层厚度的不断减小，其面层底部的最大压应力在所研究的范围内呈现增大趋势。

（2）剪应力分析

经过计算，得出基层为半刚性和柔性的沥青路面面层底部的最大剪应力。表5为具体计算数据。

由图4从右向左分析：在给定荷载作用下，以水泥稳定碎石为基层的路面，随着其基层厚度的不断减小，其面层顶部的最大剪应力在所研究的范围内呈现减小趋势；以沥青稳定碎石为基层的路面，随着基层厚度的减小，其面层顶部的最大拉应力在研究范围内呈现减小趋势。

4 结论

（1）无论是半刚性基层（水泥稳定碎石基层）还是柔性基层（沥青稳定碎石基层）的沥青路面，它们的面层顶部、面层底部的剪应力在一定范围内是随着厚度的减小而减小。

（2）无论是半刚性基层（水泥稳定碎石基层）还是柔性基层（沥青稳定碎石基层）的沥青路面，它们的面层顶部、面层底部的拉应力（压应力）绝对值在一定范围内是随后度的减小而增大。■

参考文献

[1] 陈峰峰，黄晓明，单景松，等.重载交通下不同基层沥青路面的力学分析[J].上海公路，2008，（2）：11-15.

[2] 胡明，于鹏辉，等.半刚性与柔性基层沥青路面重载适应性对比分析[J].交通科技与经济，2010，（6）：69-71.

[3] 林绣贤. 柔性路面结构设计方法[M.林绣贤. 北京： 人民交通出版社，1998.